Đề cương bài giảng lý thuyết ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI GIẢNG
HỌC PHẦN: LÝ THUYẾT Ô TÔ
SỐ TÍN CHỈ: 02
LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Hưng Yên - 2015


PHẦN 1: ĐỘNG LỰC HỌC ÔTÔ
Chương 1:
ĐỘNG LỰC HỌC ÔTÔ TRONG QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG

1.1. Các trạng thái động lực học ôtô :
1.1.1. Khái niệm động lực học ôtô.
Động lực học của ôtô là xác định được lực và mô men tác động lên ôtô và quan trọng hơn
cả là tác động lên bánh xe chủ động để ô tô có thể chuyển động được.
Lịch sử phát triển ngành ô tô đã chứng kiến nhiều loại động cơ khác nhau dùng trên ô tô
máy kéo, nhưng hiện nay nguồn động lực chính dung trên ô tô máy kéo vẫn là động cơ đốt
trong loại piston. Vì vậy xác định được lực hoặc mômen tác dụng lên các bánh xe chủ động
của ô tô máy kéo cần phải nghiên cứu đường đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong loại
piston.
Đường đặc tính tốc độ của động cơ là các đồ thị chỉ sự phụ thuộc của công suất có ích Ne,
mômen xoắn có ích Me, tiêu hao nhiên liệu trong một giờ GT và suất tiêu hao nhiên liệu ge
theo số vòng quay n hoặc theo tốc độ góc  của trục khuỷu.
Có hai loại đường đặc tính tốc độ của động cơ:
-

Đường đặc tính tốc độ cục bộ.

-

Đường đặc tính tốc độ ngoài, gọi tắt là đường đặc tính ngoài của động cơ.

Đường đặc tính tốc độ động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử.
Khi thí nghiệm động cơ trên bệ thử ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là mở bướm
ga hoàn toàn đối với động cơ xăng hoặc đặt thanh răng của bơm cao áp ứng với chế độ cấp
nhiên liệu hoàn toàn đối với động cơ diesel chúng ta nhận được đường đặc tính ngoài của
động cơ. Nếu bướm ga hoặc thanh răng đặt ở các vi trí trung gian sẽ nhận được các đường đặc
tính cục bộ. Như vậy với mỗi động cơ đốt trong sẽ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và vô
số đường đặc tính cục bộ tùy theo vị trí của bướm ga hoặc thanh răng.

1.1.2. Các trạng thái động lực học ôtô.
1.1.2.1. Ôtô chuyển động thẳng.

1


Khi ô tô chuyển động trên đ-ờng trong nhiều tr-ờng hợp khác nhau: chuyển động lên dốc,
xuống dốc, trên đ-ờng nằm ngang, chuyển động trong điều kiện thời tiết và tình trạng mặt đ-ờng thay đổi
Sau đây ta xét tr-ờng hợp tổng quát là khi ô tô chuyển động lên dốc, không ổn định và có
kéo theo móc, một cầu chủ động
Ta có sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe trong tr-ờng hợp tổng quát đ-ợc biẻu thị
trên hình vẽ sau:

Hình 1.1: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc trong tr-ờng hợp tổng
quát
Trong quá trình ô tô chuyển động các phản lực thẳng góc từ đ-ờng tác dụng lên bánh xe

luôn thay đổi theo các ngoại lực và mômen tác dụng lên chúng
Trị số của các phản lực và mômen này ảnh h-ởng đến chỉ tiêu kỹ thuật của ô tô:
- Chất l-ợng kéo và bám
- Chất l-ợng phanh
- Tính ổn định, tuổi thọ của các chi tiết, các cụm chi tiết
Sau đây ta sẽ xác định các phản lực trong các tr-ờng hợp.

a. Tr-ờng hợp tổng quát
Trên hình vẽ ta thấy khi ô tô chuyển động lên dốc sẽ chịu tác dụng của các lực và mômen
sau:
2


- Trọng l-ợng toàn bộ của xe G
- Các lực cản: lực cản lăn Pf, lực cản không khí P , lực cản quán tính Pj, lực cản ở móc kéo Pm
và chịu tác dụng của lực kéo Pk
- Các mômen: mômen xcoắn chủ động Mk, mômen cản lăn Mf, mômen quán tính Mj
- Phản lực thẳng góc Z1, Z2
Z1, Z2 có điểm đăt tại giao gữa đ-ờng thẳng đứng qua tâm trục bánh xe với mặt đ-ờng
và mômen cản lăn Mf
Xác định phản lực thẳng góc ở bánh xe tr-ớc:
Viết ph-ơng trình mômen đối với điểm A
MA = Z1L + Ph + (Pi + Pj)hg - Gbcos + Pmhm + Mf1 + Mf2 + Mj1 + Mj2 = 0;

(1.1)

Trong đó:
G: trọng l-ợng toàn bộ của xe
L: chiều dài cơ sở của xe
a, b: khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe tr-ớc và sau:

hg: tọa độ chiều cao trọng tâm của xe
h: khoảng cách từ điểm đặt lực cản của không khí đến mặt đ-ờng
Trong tính toán để đơn giản coi h hg
hm: khoảng cách từ điểm đặt lực kéo móc đến mặt đ-ờng

: góc dốc của đ-ờng trong mặt phẳng dọc
Pi : lực cản lên dốc, Pi = G sin
Pj: lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định
Pm: lực cản ở móc kéo
Z1, Z2: hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đ-ờng tác dụng lên bánh xe cầu tr-ớc và
bánh xe cầu sau
Mj1, Mj2: mômen cản quán tính của bánh xe cầu tr-ớc, sau; th-ờng trị số của nó nhỏ nên
có thể bỏ qua
Mf1, Mf2: mômen cản lăn của bánh xe cầu tr-ớc và sau
3


Ta có: Mf1 + Mf2= Mf = Gfrbcos

(1.2)

Khi xe kéo theo móc, lực cản ở móc kéo đ-ợc xác định theo công thức:
Pm = Gm(fcos sin )

(1.3)

Gm: trọng l-ợng toàn bộ của móc
Thay thế (1.2), (1.3) vào (1.1) ta đ-ợc:
Z1 L P hg (G sin Pj )hg Gb cos Pm hm Gfrb cos 0

Z1

G cos (b frb ) (G sin Pj P )hg Pm hm
L

(1.4)

Xác định phản lực thẳng góc ở bánh xe sau Z2:
T-ơng tự ta viết ph-ơng trình mômen đối với điểm B hoặc cân bằng lực theo ph-ơng
thẳng đứng
Ta xác định đ-ợc Z2 nh- sau:

Z2

G cos (a frb ) (G sin Pj P )hg Pm hm
L

(1.5)

b. Trng hp xe chuyn ng n nh trờn ng nm ngang, khụng kộo múc

Hình 1.2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe
ở tr-ờng hợp này ta có ngay điều kiện sau:
Xe chuyển động ổn định nên Pj=0; không kéo móc nên Pm=0 và xe chuyển động trên
đ-ờng bằng =0 nên Pi=0

4


Để xác định các hợp lực Z1 và Z2 ta chỉ việc lập ph-ơng trình mômen đối với điểm A và B

rồi rút gọn ta có:

mA Z1.L P .h M f 1 M f 2 G.b 0

(1.6)

Để dễ tính toán coi: M f M f M f G. f .rb . cos
1

mà =0

2

M f G. f .rb thay vào ph-ơng trình (1.4), ta có:

Z1.L P .h G. f .rb G.b 0

Z1

G(b f .rb ) P .h
L

(1.7)

Tơng tự xác định đ-ợc :
Z2

G(a f .rb ) P .h
L

(1.8)

c. Trng hp xe ng yờn trờn ng nm ngang

Xe đứng yên trên đ-ờng nằm ngang ta có: = 0 và Pf=0, M f 0
Rút gọn ta đ-ợc biểu thức:
Z1

G.b
;
L

(1.9)

Z2

G.a
;
L

(1.10)

d. Trng hp xe chuyn ng lờn dc, khụng thay i vn tc v cú kộo múc
Vì xe chuyển động ổn định nên Pj 0 (j=0)
Thế vào ph-ơng trình (1.4), (1.5) ta có:
Z2
Z1

G. cos (b f .rb ) (G sin P ).hg Pm .hm
L

G. cos (b f .rb ) (G sin P ).hg Pm .hm
L

(1.11)

(1.12)

Nhận xét:
5


Qua sự tính toán các tr-ờng hợp trên ta thấy rằng: sự phân bố tải trọng lên các bánh xe
chủ yếu phụ thuộc vào toạ độ trọng tâm của xe.
Toạ độ trọng tâm có ảnh h-ởng lớn đến:
- Chất l-ợng bám của bánh xe với mặt đ-ờng
- Tính ổn định của xe
- Tính dẫn h-ớng của xe

1.1.2.2. ễtụ chuyn ng quay vũng
Sơ đồ nghiên cứu biểu thị trên hình 1.3

Hình 1.3: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe
khi ô tô quay vòng trên đ-ờng nghiêng ngang
Khi ô tô chyển động trên đ-ờng nghiêng ngang sẽ chịu các lực và mômen sau:
- Trọng l-ợng của xe đặt tại trọng tâm G
- Lực kéo ở móc kéo Pm có:
+ Ph-ơng: trùng với ph-ơng ngang của mặt đ-ờng
+ Chiều: ng-ợc chiều chuyển động
6

+ Điểm đặt: tại vị trí đặt móc
- Lực ly tâm xuất hiện khi ô tô quay vòng : ký hiệu Plt

G v2
Plt .
g R

(1.13)

Trong đó:
v: vận tốc chuyển động của xe
R: bán kính quay vòng
g: gia tốc trọng tr-ờng
Gọi :
- : góc nghiêng của mặt đ-ờng
- Z1, Z1 và Z2, Z2 là các phản lực thẳng góc của đ-ờng tác dụng lên bánh phải và bên
trái ở cầu tr-ớc và cầu sau
- Y1, Y1 và Y2, Y2 là các phản lực ngang từ đ-ờng tác dụng lên bánh xe bên phải và bên
trái ở cầu tr-ớc và cầu sau
- C là chiều rộng cơ sở của xe
- YY trục quay vòng
- Mjn là mômen các lực quán tính tiếp tuyến các phần quay của động cơ và của hệ thống
truyền lực, tác dụng trong mặt phẳng ngang.
Để xác định trị số của các phản lực bên trái, ta lập ph-ơng trình cân bằng mômen đối với
điểm O1 (O1 là giao tuyến của mặt đ-ờng với mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh xe bên
phải). Ta có:

m

o1

Z ' '.C Pm .sin .

C
C
C
M jn Pm . cos .hm Pl .sin . Pl COS .hg G. cos G.sin .hg 0
2
2
2

Vậy:
Z''

1 C
C
C





G cos hg sin Pm hm cos sin M jn Pl hg cos sin

C 2
2
2

(1.14)

7


T-ơng tự ta lập ph-ơng trình cân bằng mômen đối với điểm O2 (O2 là giao tuyến của mặt
đ-ờng với mặt phẳng thẳng đứng qua trục của bánh xe bên trái). Ta có:
Z'

1 C
C
C





G cos hg sin Pm hm cos sin M jn Pl hg cos sin

C 2
2
2

(1.15)

Muốn xác định phản lực ngang Y1, ta chỉ việc lập ph-ơng trình mômen đối với điểm A (A
là giao tuyến của mặt đ-ờng với mặt phẳng thẳng đứng qua trục bánh xe sau). Ta có:
Y1 Y1' Y1''

Gb sin Pl b cos Pm l m cos
;
L

(1.16)

T-ơng tự nh- trên, ta lập ph-ơng trình mômen đối với điểm B (B là giao tuyến của đ-ờng
với mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục bánh xe tr-ớc) để xác định phản lực ngang Y2.
Y2 Y2' Y2''

Ga sin Pl a cos Pm (l m L) cos
;
L

(1.17)

Trong đó:
Y1: Phản lực ngang của đ-ờng tác dụng lên các bánh xe tr-ớc.
Y2: Phản lực ngang của đ-ờng tác dụng lên các bánh xe sau.
lm: Khoảng cách từ điểm đặt lực kéo móc đến điểm A (vết tiếp xúc)
1.2. Lc kộo tip tuyn (lc y ụtụ chuyn ng)
Cụng sut ca ng c c truyn n bỏnh xe ch ng ca ụ tụ qua h thng truyn

lc. Khi truyn nh vy, cụng sut b tn hao do ma sỏt trong h thng truyn lc v cụng
sut bỏnh xe ch ng s nh hn cụng sut ca ng c phỏt ra. Cụng sut bỏnh xe ch
ng c th hin qua hai thụng s l mụmen xon v s vũng quay ca bỏnh xe ch ng.
Nh cú mụmen xon truyn n bỏnh xe ch ng v nh cú s tip xỳc gia bỏnh xe ch
ng vi mt ng cho nờn ti vựng tip xỳc ca bỏnh xe ch ng v mt ng s phỏt
sinh lc kộo tip tuyn hng theo chiu chuyn ng. Lc kộo tip tuyn Pk chớnh l lc m
mt ng tỏc dng lờn bỏnh xe.
1.2.1. T s truyn ca h thng truyn lc
Tỷ số truyền của hệ thống truyền lực đợc xác định theo công thức sau:

it

ne e

nb b

(1.18)

8


Trong đó:
it : tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
ne, e : số vòng quay và tốc độ góc của trục khuỷu
nb , b : số vòng quay và tốc độ góc của bánh xe chủ động

Xét về mặt kết cấu tỷ số truyền đ-ợc xác định:
it ih .i p .io .ic

(1.19)

Trong đó :
ih : tỷ số truyền của hộp số chính
ip : tỷ số truyền của hộp số phụ
io : tỷ số truyền của truyền lực chính
ic : tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng
Hp s chớnh ca ụ tụ thng cú nhiu cp s, cũn hp s ph thng cú hai cp s. Tựy
theo v trớ cn gt s hp s chớnh v hp s ph m chỳng ta cú cỏc t s truyn it khỏc
nhau ca h thng truyn lc.
1.2.2. Hiu sut ca h thng truyn lc
Trong quá trình ôtô làm việc công suất của động cơ truyền đến bánh xe chủ động sẽ bị
mất mát do:
- Ma sát của các chi tiết trong hệ thống truyền lực
- Sự khuấy dầu
- Dẫn động phụ
Cho nên công suất tại bánh xe chủ động luôn nhỏ hơn công suất của động cơ
Công suất truyền đến bánh xe chủ động sẽ là :
N k Ne Nt

(1.20)

Trong đó :
Nk : công suất truyền đến bánh xe chủ động
9


Nt : công suất tiêu hao do ma sát và khuấy dầu trong hệ thống truyền lực hay dẫn động phụ
Hiệu suất của hệ thống truyền lực là tỷ số giữa công suất truyền tới bánh chủ động Nk và
công suất hữu ích của động cơ Ne, đợc xác định theo công thức:
t

Nk Ne Nt
N

1 t
Ne
Ne
Ne

(1.21)

Hiệu suất của hệ thống truyền lực phụ thuộc vào nhiều thông số và phụ thuộc vào điều
kiện làm việc của ôtô nh:
- Chế độ tải trọng
- Tốc độ chuyển động
- Chất lợng chế tạo chi tiết
- Độ nhớt của dầu bôi trơn
- Kết cấu của các chi tiết
Xét về mặt kết cấu: hiệu suất của hệ thống truyền lực đợc xác định theo công thức:

t l . . h .cdo .c

(1.22)

Trong đó:
l : hiệu suất của ly hợp ( coi nh- 1)

h : hiệu suất của hộp số và hộp số phụ( nếu có)
cd : hiệu suất của các đăng

o :hiệu suất của cầu chủ động
c : hiệu suất của truyền lực cuối cùng

Th-ờng hiệu suất của hệ thống truyền lực t đ-ợc xác định bằng thực nghiệm và đ-ợc
trình bày trên bảng sau:
Bảng I-1
Loại xe
Ô tô du lịch

Giá trị trung bình của t
0,93

10


Ô tô tải với truyền lực chính một cấp

0,89

Ô tô tải với truyền lực chính hai cấp

0,85

1.2.3. Mụmen xon bỏnh xe ch ng v lc kộo tip tuyn
Mụmen xon ca bỏnh xe ch ng tỏc dng vo mt ng mt lc P ngc vi chiu
chuyn ng ca ụ tụ. Nh tỏc dng tng h gia ng v bónh xe cho nờn bỏnh xe s chu
mt lc Pk tỏc dng t mt ng cú giỏ tr tng ng vi lc P (Pk = P) v cú chiu cựng
chiu chuyn ng ca ụ tụ. Lc Pk ny c gi l lc kộo tip tuyn ca bỏnh xe ch ng.
Nh vy lc kộo tip tuyn l phn lc t t hoc mt ng tỏc dng lờn bỏnh xe ch
ng theo chiu cựng vi chiu chuyn ng ca ụ tụ.

Hình I.4: Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động
- Cho ôtô chuyển động theo phơng v
- M k sinh ra do M e truyền qua i t và bị mất mát t
- Có bán kính làm việc trung bình của bánh xe r b
Mômen xoắn của bánh xe chủ động M k đợc xác định:
- Khi ôtô chuyển động đều (chuyển động ổn định tức v = const)
M k M e .it . t

(1.23)

- Khi ôtô chuyển động có gia tốc
M 'k M k M j

(1.24)
11


- Khi bánh xe lăn, bánh xe tác dụng lên mặt đờng một lực, ký hiệu:P
+ Phơng song song với mặt đ-ờng
+ Chiều ng-ợc chiều chuyển động
- Theo điều kiện cân bằng lực thì mặt đ-ờng tác dụng lại bánh xe một lực
+ Ký hiệu là Pk đợc gọi là lực kéo tiếp tuyến ( Pk P)
+ Ph-ơng song song mặt đ-ờng
+ Chiều cùng chiều chuyển động
Lực kéo tiếp tuyến Pk đợc xác định theo công thức:
Pk

M k M e ih i p io ic t

rk
rk

(1.25)

Trong đó: rk: bán kính đặt lực Pk, với sai số không lớn có thể lấy bằng bán kính làm việc
của bánh xe rb nghĩa là chuyển động ổn định
Khi đó ta có:
Pk

M k M e ih i p io ic t

rb
rb

(1.26)

Nếu chuyển động không ổn định :
P ' k Pk Pj

(1.27)

Nh cú lc kộo tip tuyn Pk m ụ tụ cú th thng lc cn chuyn ng tin v phớa
trc.

1.3 Cỏc lc cn chuyn ng ca ụ tụ
Chúng ta xét chuyển động của ôtô máy kéo ở dạng tổng quát. Tức là khi ôtô chuyển động
trên đ-ờng dốc, không ổn định và có kéo moóc. Nh- vậy ôtô sẽ sự tác động của các lực cản
nh-:
-

Lực cản lăn.

-

Lực cản lên dốc.

-

Lực cản gió.

12


-

Lực cản ở móc kéo.

m

Lực cản quán tính.

h

-

Hình I.5: Lực và mô men tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc ở trên dốc
Trong đó:
- G : Trọng l-ợng toàn bộ ôtô.
- Pk : Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động.

- Pf1: Lực cản lăn ở bánh xe bị động.
- Pf2: Lực cản lăn ở bánh xe chủ động.
- P : Lực cản không khí.
- Pi : Lực cản lên dốc.
- Pj : lực cản quán tính.
- Pm: Lực cản rơmoóc
- Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến của mặt đ-ờng tác dụng lên bánh xe ở cầu trớc và cầu sau
- Mf1, Mf2: mômen cản lăn ở bánh xe bị động và chủ động.
1.3.1. Lc quỏn tớnh.
Ký hiệu là: Pj
- Ph-ơng: song song với mặt đ-ờng
- Chiều: giả sử ng-ợc chiều chuyển động của ôtô

13


- Điểm đặt: tại trọng tâm của xe
- Nguyên nhân xuất hiện: Do ôtô chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc, lúc giảm
tốc) làm xuất hiện lực quán tính.
Lực quán tính bao gồm các thành phần sau:
- Lực quán tính do gia tốc các khối l-ợng chuyển động tịnh tiến của ô tô P'j
- Lực quán tính do gia tốc các khối l-ợng chuyển động quay của ô tô Pj''
Vậy khi ô tô chuyển động lực quán tính đ-ợc xác định :
=> Pj = Pj' + Pj''
Ta có:

Pj'

(1.28)
G

j
g

(1.29)

Trong đó :
G: trọng l-ợng toàn bộ của ô tô
j

dv
: gia tốc tịnh tiến của ô tô
dt

Xác định Pj'': Để xác định Pj'' ta cần phải tính đ-ợc mômen xoắn truyền đến bánh xe chủ
động khi ô tô chuyển động không ổn định.
- Khi ôtô chuyển động ổn định thì mômen xoắn tác dụng lên bánh xe chủ động là:
M k M e it t

(1.30)

- Khi ô tô chuyển động không ổn định thì mômen xoắn tác dụng lên bánh xe chủ
động là:
M k' M eitt I e eitt I n n in n I b b

(1.31)

Trong đó:
Ie: mômen quán tính của bánh đà động cơ và các chi tiết quay khác của động cơ quy
dẫn về trục khuỷu
14

In: mômen quán tính của chi tiết quay thứ n của hệ thống truyền lực với trục quay của
chính nó
Ib: mômen quán tính của 1 bánh xe chủ động đối với trục quay của nó
e : gia tốc góc của trục khuỷu

n : gia tốc góc của chi tiết quay thứ n của hệ thống truyền lực
b : gia tốc góc của bánh xe chủ động

it: tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
in: tỷ số truyền tính từ chi tiết quay thứ n của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động
t : hiệu suất của hệ thống truyền lực

n : hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n của hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động

Gia tốc góc của các chi tiết xác định từ gia tốc tịnh tiến của ôtô:
e b it

n b in

b

db rb it
i
.
j t
dt rb
rb

db rb in
i
.
j n
dt rb
rb

db rb
1
.
j
dt rb
rb

(1.32)

(1.33)

(1.34)

ở đây: b: tốc độ góc của bánh xe chủ động
rb: bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Thay (I.41), (I.41), (I.42) vào ph-ơng trình (I.39) ta đ-ợc:
M k' M eitt I eitt j

it
i
1
I n in n j n I b j
rb

rb
rb

15


I i 2 I n in2 n
I
M k' M e itt j e t t
b
rb
rb
rb

(1.35)

Gọi Mj là mômen của lực quán tính của các chi tiết quay khi ô tô chuyển động không ổn
định đ-ợc quy dẫn về trục bánh xe chủ động
Mj: có chiều ng-ợc với chiều của gia tốc góc của bánh xe chủ động và đ-ợc xác định:
I i 2 I n in2 n I b
M j j e t t
rb







(1.36)

Nh- vậy Mj là mômen của các lực quán tính của các chi tiết quay trong động cơ, trong hệ
thống truyền lực đ-ợc quy dẫn về trục bánh xe chủ động kể cả mômen của các lực quán tính
của các bánh xe chủ động khi ô tô máy kéo chuyển động không ổn định. Cần chú ý rằng
mômen này luôn có chiều ng-ợc với chiều gia tốc góc của bánh xe chủ động.
Suy ra: M k' M k M j
=> Lực quán tính của các khối l-ợng quay Pj'' đ-ợc xác định:
Pj"

Mj
rb

j

I e it2t I n in2 n I b
rb2

(1.37)

Do khối l-ợng của các chi tiết quay của hệ thống truyền lực nhỏ hơn khối l-ợng bánh đà
và khối l-ợng bánh xe cho nên mômen quán tính của chúng có thể bỏ qua

I e it2t I b
P
j
rb2
"
j

Suy ra:

(1.38)

Từ đó ta suy ra:

I e it2 t I b
G
Pj P P j
j
g
rb2
'
j

"
j

I i 2 I G
Pj 1 e t t 2 b g j
Grb

g

(1.39)

Đặt i : hệ số tính đến ảnh h-ởng của các khối l-ợng vận động quay và đ-ợc biểu thị:
16


i 1

I e it2 t I b
g
Grb2

Pj i

Suy ra:

G
j
g

(1.40)

(1.41)

- Trong thực tế ng-ời ta xác định i theo công thức :

i 1 1ih2 2

(1.42)

ở đây:
I e io2 t g
1
;
Grb2
g Ib
2

Grb2

(1.43)

và giá trị gần đúng của chúng là:

1 2 0,05 i 1,05 0,05ih2

(1.44)

1.4. Lc cn giú.
Khi xe chuyển động thì sẽ gây ra ma sát giữa các phần tử không khí với bề mặt xe. Do đó
sẽ phát sinh lực cản không khí P . Lực cản không khí đặt tại tâm của diện tích cản chính diện
của ôtô cách mặt đ-ờng một độ cao h (hình 1.6).
Thực nghiệm chứng tỏ lực cản không khí của ô tô máy kéo đ-ợc xác định bằng công thức
sau:
P = K.F.v 02

(1.45)

Trong đó:
- K: Hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào dạng ôtô, chất l-ợng bề mặt, mật độ không
khí (N.s 2 /m 4 )
- F: Diện tích cản chính diện của ôtô hay máy kéo, nghĩa là diện tích hình chiếu của ô tô
máy kéo trên mặt phẳng vuông góc với trục dọc của chúng (m 2 )
17


- v0: Vận tốc tơng đối của ôtô so với không khí (m/s)
Hệ số cản không khí K của ô tô máy kéo thay đổi trong khoảng phạm vi rộng tùy theo

dạng khí động của chúng. Ô tô vận tải và máy kéo th-ờng có dạng khí động xấu. Các máy kéo
nông nghiệp th-ờng có tốc độ thấp cho nên lực cản không khí không đáng kể và có thể bỏ qua.
Đối với ô tô, nhất là ô tô du lịch có tốc độ chuyển động cao cho nên lực cản không khí khá
lớn.
Để xác định hệ số cản không khí K của các loại ôtô đã đ-ợc thiết kế ng-ời ta sử dụng sơ
đồ dùng ống khí động nh- sau:

Hình 1.6: Sơ đồ dùng ống khí động để xác định hệ số cản K
của các loại ôtô đã đợc thiết kế
1. ống khí động;

5. Quả cân;

2. Động cơ điện;

6. Miệng hớng gió;

3. Quạt gió;

7. Đồng hồ đo tốc độ luồng khí

4. Ôtô mẫu;
Quá trình tiến hành nh- sau:
Ôtô mẫu đ-ợc làm giống hệt ôtô đã thiết kế nh-ng có kích th-ớc nhỏ hơn. Treo ôtô mẫu 4
trong ống khí động 1, khi động cơ điện 2 làm việc quạt 3 quay sẽ hút gió tạo ra luồng không
khí thổi qua ống khí động. Nhờ miệng h-ớng gió 6 và kết cấu dạng ống khí động, luồng
không khí đi qua ôtô mẫu sẽ tăng tốc độ lên rất lớn. Qua tốc độ quay của động cơ điện và kết
cấu dạng cánh quạt ta có thể biết đ-ợc tốc độ luồng khí tại tiết diện đặt quạt gió vì vậy ta có
thể xác định đ-ợc tốc độ của luồng khí tại tiết diện đặt ôtô mẫu nhờ đồng hồ 7. Những quả cân
5 dùng để đo lực cản không khí P. Nh- vậy mỗi lần thay đổi tốc độ của quạt gió ta lại đợc

một giá trị P t-ơng ứng và ta tìm đợc một giá trị của hệ số cản K. Qua nhiều lần nh- vậy ta sẽ
xác định đ-ợc hệ số K trung bình của loại ôtô thiết kế
18


Cần chú ý rằng lực cản của môi tr-ờng không khí phụ thuộc vào tốc độ t-ơng đối giữa ô tô
và không khí, vì vậy trong công thức 1.45 thành phần tốc độ vo phải tính đến ảnh h-ởng của
gió (tốc độ và chiều của gió so với tốc độ và chiều chuyển động của ô tô).
Tốc độ chuyển động t-ơng đối vo của ô tô sẽ bằng:
v0 = v vg

(1.46)

Trong đó:
-

v : là vận tốc của ô tô

-

v g : là vận tốc của gió.

Dấu (+) khi xe đi ng-ợc chiều gió và dấu (-) khi xe đi cùng chiều gió.
Tích số K.F còn đợc gọi là nhân tố cản không khí kí hiệu là W, tính theo Ns2/m2:
W = K.F
Do vậy:

(1.47)

P = w. v 02

(1.48)

Việc xác định diện tích cản chính diện rất khó khăn nên ng-ời ta xác định dựa vào công
thức gần đúng sau:
- Ôtô tải (Hình I-6a)

: F = B.H

- Ôtô du lịch (Hình I-6b) :

F = 0,8.B0.H

(1.49)

Trong đó:
- B: Chiều rộng cơ sở của ôtô.
- B0: Chiều rộng lớn nhất của ôtô.

H

H

- H: Chiều cao lớn nhất của ôtô.

-

a

B0

b
19


Hình I.6: Sơ đồ xác định diện tích chính diện của ôtô
Khi xe kéo moóc thì hệ số cản không khí tăng từ:9% 32%, Tuỳ thuộc vào cách bố trí
moóc (sát hoặc xa ô tô kéo).
Các ô tô ngày nay chạy với tốc độ cao, vì vậy để giảm lực cản không khí ng-ời ta làm
dạng vỏ hình thoi để có dạng khí động tốt.

Bảng I-2

Loại xe

K(N.s 2 / m 4 )

F( m 2 )

W(N.s 2 / m 2 )

0,2 - 0,35

1,6 - 2,8

0,3 - 0,9

0,4 - 0,5

1,5 - 2,0

0,6 - 1,0

0,6 - 0,7

3,0 - 5,0

1,8 - 3,5

Ô tô khách:

0.25 - 0,4

4,5 - 6,5

1,0 - 2,6

Ôtô đua:

0.13- 0,15

1,0 - 1,3

0,13 - 0,18

Ôtô du lịch: - Vỏ kín:
- Vỏ hở:
Ôtô tải:

Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K, diện tích cản chính diện F, nhân tố cản

không khí W với các loại ôtô khác nhau đ-ợc trình bày ở bảng I-4

1.5. Lc mooc kộo.
Khi ôtô máy kéo có móc kéo thì lực cản móc kéo theo ph-ơng nằm ngang P m đ-ợc xác
định nh- sau:
20


Pm = n.Q.

(1.50)

Trong đó
- Q: Trọng l-ợng của toàn bộ móc.
- n : Số l-ợng móc kéo theo.
- : Hệ số cản tổng cộng của đ-ờng.
Đối với máy kéo trong nông nghiệp thì lực cản lớn nhất là lúc cày:
Pm = k0.a.b

(1.51)

Trong đó:
- k0 : Hệ số cản chính diện của đất.
- a : Độ sâu của luống cày.
- b : Chiều rộng làm việc của lỡi cày.
Hệ số cản chính diện của đất có giá trị trung bình nh- bảng 1.5

Bảng I-5
Loại đất

k 0 (MN / m 2 )

- Đất cát pha

0,020 0,035

- Đất nặng

0,035 0,055

- Đất sét

0,055 0,080

- Đất rất nặng

0,080 0,100

1.6. Trng lc ca ụtụ:
Trng lc ca ụ tụ c phõn b ra hai bờn cu xe l:
G1 trng lc phõn b cu trc
G2 trng lc phõn b cu sau
21


Vy, trng lc ca ụ tụ c tớnh:
G = G1 + G2
Trng hp tng quỏt (khi cú gúc dc ca ng): G1 + G2 = G. Cos
1.7. Lc cn ln
Khi bỏnh xe chuyn ng trờn mt ng s cú lc cn ln tỏc dng song song vi mt

ngv ngc chiu vi chiu chuyn ng ti vựng tip xỳc gia bỏnh xe vi mt ng.
Trờn hỡnh I.5 lc cn ln tỏc dng lờn bỏnh trc l Pf1 v lờn bỏnh sau l Pf2.
Khi xe chuyển động thì do sự biến dạng của lốp và đ-ờng, do sự tạo thành vết bánh xe
trên đ-ờng và do sự ma sát giữa bề mặt tiếp xúc của lốp và mặt đ-ờng mà phát sinh ra lực cản
lăn. Ng-ời ta coi lực cản lăn của ôtô (Pf) là ngoại lực tác dụng lên bánh xe:
Pf Pf1 Pf 2


Pf1 Z1. f1


Pf 2 Z 2 . f 2

Với:

(1.52)

(1.53)

Trong đó:
-f1, f2 là hệ số cản lăn của bánh tr-ớc và bánh sau.
Khi đó ta có:
Pf =(Z1+Z1).f = f.G.cos

(1.54)

Khi ôtô máy kéo chuyển động trên đ-ờng nằm ngang ( 0 0 ) thì cos = 1 nên:
Pf = f.G

(1.55)

Trong đó: f là hệ số cản lăn chung.
Cn chỳ ý rng h s cn ln ph thuc vo nhiu yu t khỏc nhau
1.7.1. Lc cn ln bỏnh xe b ng
Khi ụ tụ mỏy kộo chuyn ng, b mt ca lp tip xỳc vi mt ng rt nhiu im
v to thnh mt khu vc tip xỳc. Do tỏc dng tng h gia bỏnh xe v
mt ng, ti khu tip xỳc s xut hin cỏc phn lc riờng phn t ng tỏc dng lờn
bỏnh xe, gi l cỏc phn lc ca ng. Cỏc phn lc ny c biu th di dng ca ba
thnh phn lc sau:
22


Phn lc phỏp tuyn l thnh phn thng gúc vi mt ng, ký hiu l hp lc Z.
Phn lc tip tuyn tỏc dng trong mt phng bỏnh xe, ký hiu l Pf.
Phn lc ngang nm trong mt phng ca ng v vuụng gúc vi mt phng bỏnh xe,
ký hiu l Y.
Ngoi ra bỏnh xe cũn chu tỏc dng ca ti trng thng ng, ký hiu l Gb v lc y
t khung tỏc dng lờn cỏc bỏnh xe, ký hiu l Px.
S ln ca bỏnh xe trờn ng c trỡnh by trong cỏc trng hp sau:
- Trng hp 1: Bỏnh cao su ln trờn ng nha (bỏnh xe n hi ln trờn ng
cng).
- Trng hp 2: Bỏnh cao su ln trờn ng t (bỏnh xe n hi ln trờn ng
mm).
- Trng hp 3: Bỏnh thộp ln trờn ng t (bỏnh xe cng ln trờn ng mm).
õy khỏi nim cng cú ngha l khụng b bin dng cũn khỏi nim mm l b bin dng.
iu ú s c ỏp dng vo tng trng hp c th sau õy:
1.7.1.1. ng lc hc ca bỏnh xe n hi ln trờn ng cng
Khi ụ tụ mỏy kộo chuyn ng, bỏnh xe ln v chu tỏc dng ca cỏc loi lc sau (theo
s hỡnh 1.7):

Hình 1.7: Sơ đồ Lực tác dụng lên bánh xe đàn hồi lăn trên đ-ờng cứng
- Tải trọng tác dụng lên bánh xe
+ Ký hiệu: Gb1
+ Ph-ơng: đi qua tâm trục
23


+ Chiều: từ trên xuống
- Lực đẩy từ khung đặt vào tâm trục bánh xe h-ớng theo chiều chuyển động
+ Ký hiệu là Px
+ Ph-ơng: song song với mặt đ-ờng
+ Chiều: cùng chiều chuyển động
+ Điểm đặt: tại tâm trục bánh xe
- Hợp lực của các phản lực pháp tuyến từ đ-ờng tác dụng lên bánh xe đặt tại điểm tiếp
xúc giữa bánh xe và đ-ờng
+ Ký hiệu là Z1
+ Ph-ơng: vuông góc với mặt đ-ờng
+ Chiều: từ d-ới lên
+ Điểm đặt: tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp với mặt đ-ờng
- Hợp lực của các phản lực tiếp tuyến
+ Ký hiệu là Pf1
+ Ph-ơng: song song với mặt đ-ờng
+ Chiều: ng-ợc chiều chuyển động của xe
+ Điểm đặt: tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp với đ-ờng
Ngoài ra còn các lực và mômen ma sát trong ổ trục mômen quán tính các lực này có trị số
nhỏ nên có thể bỏ qua.
Trong tr-ờng hợp này bánh xe đàn hồi sẽ bị biến dạng còn mặt đ-ờng nhựa cứng coi nhkhông bị biến dạng. Do đó khi bánh xe lăn chỉ có các phần tử của lốp bị biến dạng các phần tử
của lốp ở phía tr-ớc lần lợt tiếp xúc với mặt đ-ờng và bị nén lại, các phần tử của lốp ở phía sau
sẽ lần lợt ra khỏi khu vực tiếp xúc và phục hồi lại trạng thái ban đầu nh- vậy sẽ suất hiện ma
sát giữa các phần tử của lốp, ma sát giữa lốp và đ-ờng và phát sinh lực cản chuyển động. Nếu

lốp có độ đàn hồi lý t-ởng thì năng l-ợng tiêu hao cho sự biến dạng của lốp sẽ trả lại hoàn toàn
khi nó phục hồi trạng thái ban đầu. Nh-ng thực tế phần năng l-ợng tiêu hao cho biến dạng
không đ-ợc trả lại hoàn toàn mà một phần biến thành nhiệt toả ra môi tr-ờng xung quanh.
Trên hình 1.8 biểu thị sự biến thiên của độ biến dạng trong các phần tử lốp (ký hiệu là l)
theo tải trọng tác dụng (ký hiệu là Gb)
24